光学透镜冷加工生产实习

冷加工实习报告

院系：

班级：

学生姓名：

学号：

2012 年月日

前言

制作光学零件的常见材料有三大类，即光学玻璃、光学晶体和光学塑料，其中，以光学玻璃，特别是无色光学玻璃的使用量最大。光学零件属于高精度零件，平面零件的加工精度主要有角度和平面面形；球面零件的加工精度要求主要有曲率半径和球面面形。

光学零件加工的工艺过程随加工方式不同而迥异。光学零件的加工方式主要有两类：传统（古典）加工工艺和机械化加工工艺。此次加工工艺过程先后依次经过以下一些工序：铣磨工艺，磨边与精磨工艺，抛光工艺，镀膜工艺，检测技术与方法。

注意：光学工艺安全技术及操作规则：

光学加工由于精度高，加工对象特殊，必须在专门的光学车间内进行。因此，除了遵守一般的机械加工规则外，还必须遵守光学加工所特有的安全操作要求。(1)进入车间应穿白色工作服，穿干净拖鞋，以防止灰尘带入。(2)严禁用手直接触摸光学表面。(3)开机前，须先检查机床设备、夹具是否完好。(4)在未了解实习所用机床及仪器设备的操作规范前，不允许擅自开动机床，也不允许操作不在实习范围内的仪器与设备，以免造成破坏和人身安全事故。

一、实习目的

(1) 了解光学冷加工透镜的基本流程，以及现代光学冷加工工艺发展，完成凹透镜加工。

(2) 将理论在实践中得到验证和应用，同时进一步巩固课堂所学知识。

(3) 发现问题通过思考解决问题，培养独立思考，团队合作和动手能力，完善之前学习过程中的理论不足和实践不足。

二、实习时间

2012年7月4日—2012年7月11日

三、实习地点

西安工业大学金花校区

四、实习单位及部门

西安工业大学金花校区，教五楼，二楼光学冷加工实验室。

依托于西安工业大学的“陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室”成立于1999年，在上级和学校的支持下，实验室整体实力不断增强，成为西北地区高校光学工程学科领域条件最好的实验室之一。以省级重点实验室为基础，又拓展了“陕西省薄膜技术与微光电器件军民两用技术工程中心”和国家光电子成果转化及产业化基地“光电薄膜与器件研发服务中心”两个省级重点科研基地。

光学工艺、光学检测、真空镀膜、微光电器件制造与检测实验室，拥有光学零件加工与检测、光学薄膜制造与检测、微光电器件制造与检测的主要技术装备，是光学工程专业的教学、科研成果等方面取得了一大批有影响的成果，光学工艺实验室在产学研方面做出了突出贡献，曾被评为“全国高校先进实验室”。

五、 实习内容

完成凹透镜加工，加工工艺流程为：1、铣磨工艺；2、磨边与精磨工艺；3、抛光工艺；4、镀膜工艺；5、检测技术与方法。

1、 铣磨工艺

铣磨就是用筒形金刚石磨轮在铣磨机上加工零件，经过铣磨后表面粗糙度不能满足，其主要是改变了玻璃毛坯的形状。球面铣磨原理采用斜截圆原理，两轴交点与磨轮刃口的连线即为所加工球面的曲率半径。

球面铣磨原理

1—磨轮；2—工件 斜截圆原理 铣磨加工工艺要求为：两轴要重合，并且处于一定位置，其次角度要合适（曲率半径范围在0—∞之间），即两轴夹角满足公式

)

(2sin r R D ±=∂ 其中，∂为两轴夹角，R 为曲率半径，D 为磨轮中径，r 为圆弧半径。加工凸透镜时为“+” ，

加工凹透镜时为“-”。加工时磨轮中径为23mm，所以可以得到夹角∂为19.8852°。

加工采用机型为ZGX70球面铣磨机，工作加工范围为5—70mm，机床主轴转速n= 15—22 r/min ,磨头转速n=7000—10000 r/min。工作时首先打开冷却阀，使冷却液（水）喷出，用于降温，因为在铣磨过程中，摩擦产生大量的热，温度过高会使镜片碎裂。

手柄向前推至快接近玻璃毛坯时，要慢慢接触到工件，听到声音为已经开始加工，此时手扶一段时间再松开。当加工快完成时，面板上会有时间数据显示，这段时间称为光刀阶段，一般时间为5—8s，加工完成后就可以拉开手柄。加工时一面一面加工，先加工凹面，曲率半径为33.81 ，加工凸面要求曲率半径为119.12 。

检验零件是否合格采用的是千分表，其检验方式是通过与标准件数据进行对比，其误差为±2格，带底座的千分表用于测量厚度，中心厚度要求为1.9±0.05mm 。

千分表

2、磨边与精磨工艺

一般工艺流程中，铣磨后直接进行精磨加工，由于仪器夹具直径的限制，此次实习中精磨前要进行定心磨边。

定心磨边的步骤：

(1) 定心：透镜在使用时，其光轴须重合才能成像，所以磨边时需要使透镜光轴与基准轴重合。推动手柄夹紧透镜，用手试着活动透镜，直到透镜无法被移动。

(2) 依次按下冷却泵按键，砂轮启动按键，主轴启动按键。磨边冷却液可分为油性和水性两种，具有粘度低，冷却性强，润滑性好等特点，同时不损害皮肤，对机床设备无锈蚀，对环境无污染等特点，此次实习采用油性冷却液，所以要调好冷却液喷头角度，防止油飞溅。

(3) 机床工作，把外圆磨到给定尺寸，使零件可以装夹到精磨夹具中。

(4) 当砂轮与玻璃接触并开始磨边时，会发出响声，当响声变小时机床磨边完成，等到砂轮退后，依次关闭主轴、砂轮、冷却液按键。

(5) 砂轮停止转动后，取下玻璃片，用游标卡尺测量直径，范围为23.7 0.1mm为合格。

精磨原理

精磨工艺目的是使零件表面的凹凸层深度和裂纹层深度进一步减小。将凹面凸面分别先进行粗磨，后精磨，粗磨的目的是减少凸包、划痕等，精磨目的主要是减少抛光时间。共进行4道工序，每道工序时间为40s，曲率为33.81的夹具用于加工凸面，曲率为119.12的夹具用于加工凹面。

采用机型为HH-4型高速精磨机，使用金刚石丸片磨具进行精磨加工，精磨片在球面夹具上的分布必须使得精磨模在使用过程中的磨损规律符合“余弦磨损”。

3、抛光工艺

抛光是光学冷加工各工序中一道重要工序，其主要任务是磨去由精磨工序产生的玻璃表面破坏层，确保光学零件表面面形的精度。抛光的目的：(1)消除精磨的破坏层，达到规定的表面要求；(2)精修面形，达到图纸要求的光圈数N和局部误差；(3)为后续特种工艺创造条件。抛光技术的发展：古典法抛光；混合模抛光；聚氨酯抛光；顾着磨料抛光。

此次实习采用机型为HH-8型高速抛光机，抛光的机理是机械磨削、化学作用和表面流动理论。采用准球心法高速抛光机床，其特点为上环节的摆架带动抛光模或镜盘作弧线摆动，摆动轴线通过下环节的曲率中心，且压力的方向始终指向镜盘的曲率中心，在加工中为恒定值。主要调节铁笔高度使夹具松紧度合适已达到抛光效果，以及调节铁笔方向，使铁笔对准求心，即与切线方向垂直。